Question

某校活動小組用如圖所示裝置及所給藥品（如圖中夾持儀器已略去）探究工業(yè)制硫酸接觸室中的反應，并測定此條件下二氧化硫的轉化率．已知C中的濃硫酸含溶質m mol，假設氣體進入C和D時分別被完全吸收，且忽略裝置內(nèi)空氣中的CO₂．

請回答下列問題：
（1）已知0.5mol SO₂被O₂氧化成氣態(tài)SO₃，放出49.15kJ熱量，反應的熱化學方程式為

 

．
（2）檢查完裝置的氣密性，加入藥品開始實驗，此時首先應進行的操作是

 

．
（3）實驗時A中氧氣導管冒出的氣泡與二氧化硫導管冒出的氣泡速率相近，其目的是

 

；裝置C中濃硫酸的作用為

 

；裝置D中盛放的溶液是足量的

 

（選填字母）．
A．BaCl₂溶液      b．NaOH溶液     c．NaHSO₃飽和溶液
（4）停止通入SO₂，熄滅酒精燈后，為使殘留在裝置中的SO₂、SO₃被充分吸收，操作方法是

 

．
（5）實驗結束，稀釋裝置C中的溶液稀釋，并向其中加入足量的BaCl₂溶液，得到的沉淀質量為w g．若裝置D增加的質量為a g，則此條件下二氧化硫的轉化率是

 

 （用含字母的代數(shù)式表示，結果可不化簡）．

Answer 1

考點：性質實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：探究工業(yè)制硫酸接觸室中的反應，并測定此條件下二氧化硫的轉化率，流程如下：
裝置A：濃硫酸具有吸水性做干燥劑，除去混合氣體中少量的水蒸氣；實驗時裝置A中氧氣導管冒出的氣泡與二氧化硫導管冒出的氣泡速率相近，通過流速控制兩種氣體的比例，使氧氣量略過量促進平衡正向進行，提高二氧化硫轉化率；
裝置B：SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）△H=-98.3kJ?mol^-1；依據(jù)反應需要的溫度和催化劑的活性，檢查完裝置的氣密性且加入藥品后，開始進行實驗，此時首先應該進行的操作是點燃酒精燈加熱，給催化劑加熱，提高催化劑活性；
裝置C：吸收生成的三氧化硫生成硫酸；裝置D：D中盛放的溶液是用來吸收剩余的SO₂；
實驗結束，稀釋裝置C中的溶液稀釋，并向其中加入足量的BaCl₂溶液，得到的沉淀質量為ωg判斷為硫酸鋇沉淀；
依據(jù)SO₂～SO₃～H₂SO₄～BaSO₄；根據(jù)反應關系計算二氧化硫的轉化率；
（1）依據(jù)熱化學方程式的書寫方法寫出，按照熱化學方程式二氧化硫的系數(shù)，計算得到放熱數(shù)值，標注物質聚集狀態(tài)；
（2）依據(jù)反應需要的溫度和催化劑的活性分析；
（3）濃硫酸具有吸水性做干燥劑，除去混合氣體中少量的水蒸氣；通過流速控制兩種氣體的比例，使氧氣量略過量促進平衡正向進行，提高二氧化硫轉化率；依據(jù)裝置圖分析C是吸收生成的三氧化硫生成硫酸的裝置；D中盛放的溶液是用來吸收剩余的SO₂；
（4）為使殘留在裝置中的SO₂、SO₃被充分吸收，用氧氣把裝置中的二氧化硫和三氧化硫趕到C裝置中被濃硫酸吸收三氧化硫，二氧化硫趕入D裝置中被氫氧化鈉溶液吸收，需繼續(xù)通入氧氣一段時間；
（5）C中是硫酸，加入足量氯化鋇生成沉淀為硫酸鋇，已知C中的濃硫酸含溶質m mol，氣體進入C和D時分別被完全吸收，且忽略裝置內(nèi)空氣中的CO₂；依據(jù)硫元素守恒計算得到反應生成的二氧化硫物質的量，和剩余二氧化硫被氫氧化鈉吸收的物質的量，根據(jù)轉化率概念計算得到．

解答： 解：探究工業(yè)制硫酸接觸室中的反應，并測定此條件下二氧化硫的轉化率，流程如下：
裝置A：濃硫酸具有吸水性做干燥劑，除去混合氣體中少量的水蒸氣；實驗時裝置A中氧氣導管冒出的氣泡與二氧化硫導管冒出的氣泡速率相近，通過流速控制兩種氣體的比例，使氧氣量略過量促進平衡正向進行，提高二氧化硫轉化率；
裝置B：SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）△H=-98.3kJ?mol^-1；依據(jù)反應需要的溫度和催化劑的活性，檢查完裝置的氣密性且加入藥品后，開始進行實驗，此時首先應該進行的操作是點燃酒精燈加熱，給催化劑加熱，提高催化劑活性；
裝置C：吸收生成的三氧化硫生成硫酸；裝置D：D中盛放的溶液是用來吸收剩余的SO₂；
實驗結束，稀釋裝置C中的溶液稀釋，并向其中加入足量的BaCl₂溶液，得到的沉淀質量為ωg判斷為硫酸鋇沉淀；
依據(jù)SO₂～SO₃～H₂SO₄～BaSO₄；根據(jù)反應關系計算二氧化硫的轉化率；
（1）已知0.5molSO₂被O₂氧化成氣態(tài)SO₃，放出49.15kJ熱量，則1molSO₂被O₂氧化成氣態(tài)SO₃，放出98.3kJ熱量，反應的熱化學方程式為SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）△H=-98.3kJ?mol^-1，
故答案為：SO₂（g）+

1

2

O₂（g）?SO₃（g）△H=-98.3kJ?mol^-1；
（2）溫度升高加快反應速率，催化劑在一定溫度下活性最大，所以檢查完裝置的氣密性且加入藥品后，開始進行實驗，此時首先應該進行的操作是點燃酒精燈加熱，給催化劑加熱，提高催化劑活性，
故答案為：給催化劑加熱；
（3）濃硫酸具有吸水性做干燥劑，除去混合氣體中少量的水蒸氣；實驗時使A中氧氣導管冒出的氣泡與SO₂導管冒出的氣泡速率相近，依據(jù)化學方程式根據(jù)平衡移動原理，使氧氣量略過量促進平衡正向進行，提高二氧化硫轉化率；依據(jù)裝置圖分析C是吸收生成的三氧化硫生成硫酸的裝置；D中盛放的溶液是用來吸收剩余的SO₂，BaCl₂溶液、NaHSO₃飽和溶液不吸收SO₂，所以選用NaOH溶液，酸性氧化物二氧化硫和堿反應生成鹽，而被吸收；
故答案為：提高二氧化硫的轉化率；吸收SO₃；b；
（4）停止通入SO₂，熄滅酒精后，為使殘留在裝置中的SO₂、SO₃被充分吸收，繼續(xù)通入氧氣一段時間，用氧氣把裝置中的二氧化硫和三氧化硫趕到C裝置中被濃硫酸吸收三氧化硫，二氧化硫趕入D裝置中被氫氧化鈉溶液吸收，
故答案為：繼續(xù)通入氧氣一段時間；
（5）加入足量氯化鋇生成沉淀為硫酸鋇，實驗結束后，稀釋裝置C中的溶液，C中是硫酸，并向其中加入足量的BaCl₂溶液，得到的沉淀質量為ωg判斷為硫酸鋇沉淀；若裝置D增加的質量為a g，是剩余的二氧化硫的質量；氣體進入C和D時分別被完全吸收，且忽略裝置內(nèi)空氣中的CO₂；
依據(jù)SO₂～SO₃～H₂SO₄～BaSO₄；根據(jù)反應關系計算反應的硫酸物質的量=硫酸鋇物質的量=

w

233

mol；已知C中的濃硫酸含溶質m mol，因此，反應生成硫酸的二氧化硫物質的量=（

w

233

-m）mol；剩余二氧化硫物質的量=

a

64

mol；所以二氧化硫的轉化率=

w 233 -m

( w 233 -m)+ a 64

×100%，
故答案為：

w 233 -m

( w 233 -m)+ a 64

×100%．

點評：本題考查二氧化硫的性質、化學平衡的影響因素、計算以及熱化學方程式的書寫等知識，綜合性較強，題目難度較大，考查學生分析和解決問題的能力，側重實驗及計算能力的考查．